DE2118122A1 - Herstellung von Festkörpern aus einer Schmelze - Google Patents

Description

• -₇ 13. April 1971

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Union Carbide Corporation, New York, N. Y. 10017, U. S. A.

Herstellung von Festkörpern aus einer Schmelze

,Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung shärischer oder shäroidaler Festkörper aus einer Schmelze. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind schon verschiedene Verfahren bekannt, um kleine gratfreie Festkörper aus Eisenlegierungen herzustellen, die als Zusätze zu Schmelzen von Metallegierungen im Ofen verwendet werden können. Solche Festkörper müssen gleichmäßig groß sein, keine Grate aufweisen und keine feinen Teilchen enthalten, so daß sie in einen Metallofen eingebracht werden können, ohne befürchten zu müssen, daß die feinen Teilchen explodieren oder sonstwie den guten Betrieb des Ofens beeinträchtigen.

Ein Verfahren zur Herstellung solcher Festköper besteht darin, daß man sie zu den gewünschten Formen vergießt. Dieses Verfahren ist teuer und ergbit Festkörper mit Graten, die in einem weiteren Verfahrensschritt entfernt werden müssen. Es ist auch schwierig, Festkörpern mit Durchmessern zwischen 2 und 10 mm, vorzugsweise von 6 bis 7 mm, in großen Mengen zu gießen.

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Nach einem anderen bekannten Verfahren gießt man eine Legierung zu großen Stücken und zerkleinert diese dann in an sich bekannter Weise. Wegen der Sprödigkeit der Legierungen entstehen hierbei größere Mengen von Peinteilchen und von Teilen, die nicht die gewünschte Größe haben, so daß hie durch die Ausbeute verschlechtert wird. Das Heraussuchen von Körpern der gewünschten Größen aus einem solchen Gemisch erfordert einen weiteren Verfahrensschritt und zusätzliche Zeit und Kosten.

Bei allen bisherigen Verfahren besteht der Nachteil darin, daß man einen großen Anteil von Festkörpern erhält, welche nicht die gewünschte Größe haben. Demgegenüber entstehen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Festkörper unerwünschter Größen in nur geringen Mengen, und die erfindungsgemäi. gewonnen Festkörper haben eine shärische oder shäroidale Form. Ferner ist kein teueres Verkleinern, Gießen oder Formen erforderlich.

Nach dem erf Lndungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterwirft man einen Strom einer geschmolzenen Flüssigkeit in einer isolierten Zone einer solchen Zentrifugalkraft, daß der Strom der Schmelze dipergierdt und radial durch einen sinusförmigen Durchlaß'geleitet wird. Dort kommen die geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Teilchen des dispergierten Stromes der Schmelze in Berührung mit wenigstens einer gekrümmten Oberfläche des Durchlasses und rollen an ihr entlang. Als Schmelze kann ein beliebiges Material verwendet werden, das bei Raumtemperatur erstarrt, z. B. ein geschmolzenes Metall. Die rollende Berührung im Verein mit der Oberflächenspannung der geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Flüssigkeit bewirkt, daß die einzelnen Teilchen

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eine shärische oder shäroidale Form annehmen. Vorzugsweise

läßt man die geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Teilchen auf einer geneigten gekrümmten rotierenden Oberfläche rollen, von wo sie tangential zu einer gegenüberliegenden geneigten gekrümmten Oberfläche geschleudert werden. Dadurch erreicht man eine optimale Berührung zwischen den shäroidalen Teilchen und den sinusförmigen Oberflächen des Durchlasses. Um diese Wirkung zu verstärken, können die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Durchlasses gegenläufig rotieren. Dadurch erhalten die shärcidalen oder shärischen Teilchen eine verstärkte spiralig rollende Bewegung. Dank der Einwirkung der Zentrifugalkraft und der gegenläufigen Kreisbewegung der gegeneinander rotierender Oberflächen. Durch diese Einwirkung zusammen mit der verhältnismäßig geringem Oberflächenspannung erhalten die disporgierten Teilchen eine shärische oder shäroidale Form.

Aus dem äußeren Auslaß des sinusförmigen Durchlasses werden die geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Teilchen der Legierung nach außen herausgeschleudert, und werden in dieser Form durch Abschrecken schnell zum Erstarren gebracht. Ein Behälter mit einem abschreckenden Medium kann verwendet werden, um die Teilchen aufzufangen und sie erhärten zu lassen. Üie endgültige shärische oder shäroidale Form der Teilchen häng't In gewissem Umfange von der Zentrifugalkraft, von der Form der gekrümmten Oberflächen, von der Anzahl der Scheitelpunkte in dem sinusförmigen Durchlaß und von der jeweiligen Viskosität der Schmelze ab. Ein sinusförmiger Durchlaß mit wenigstens einem Scheitelpunkt ist erforderlich, um zu gewährleisten, daß die dispergierten Teilchen an wenigstens einer geneigten gekrümmten Oberfläche entlang rollen. Der Einlaß des sinusförmigen Durchlasses kann eingestellt werden, um wenigstens den Höchstdurchmesser der

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dispergierten Teilchen zu regeln.

Die Zeichnungen erläutern beispielsweise eine AusfUhrun^sform der Erfindung

Figur 1 isb ein Querschnitt durch die Mitte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 2 zeigt perspektivisch den rotierenden Amboß mit dem spiraligen Wege der dispergierten Teilchen.

In der Vorrichtung nach Figur 1 wird eine heiße Metallschmelze ÄÜidü^öuf einen rotierenden kreisförmigen Amboß 1 aufgebracht. Diese^Besteht aus einem Material, das gegenüber der hohen Temperatur der Metallschmelze beständig ist. Z. B. aus Graphit, Aluminium, Magnesia, Gußeisen oder hitzebeständigen Metallen, die nicht mit dem geschmolzenen Metall reagieren. Der Amboß hat in seiner Mitte einen kegelförmigen nach oben reichenden Vorsprung 2. Eine geneigte gekrümmte Oberfläche 3 erstreckt sich radial nach außen von diesem Vorsprung 2. Vor dem Erreichen des Umfanges hat diese Oberfläche einen Scheitelpunkt und neigt sich dann etwas nach abwärts. Eine rotierbare Trommel 4 hat eine mittige Öffnung 5, durch welche die Metallschmelze auf den Vorsprung 2 aufgebracht wird. Die untere Oberfläche der Trommel 4 ist so gekrümmt, daß sie der Oberfläche 3 entspricht. Sie erstreckt sich radial aber weiter nach außen. Wenn die Trommel sich also über dem Amboß 1 befindet, so entsteht ein sinusförmiger Durchlaß 13. Der Amboß 1 kann sich aber auch weiter als die Trommel nach außen erstrecken und damit den sinusförmigen Durchlaß nach aufwärts abschließen. Die Trommel kann ebenso wie der Amboß aus einem Material bestehen, das

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die hohe Temperatur aushält und nicht mit dor Metallschmelze reagiert.

Der Motor 6 läßt den Amboß 1 und der Motor Y die Trommel 4 in Gegenrichtung zueinander¹ rotieren. Ein kegelförmiger Schirm 8 schützt die Antriebsvorrichtung des Amboßes gegen Metallteilchen.

Der Aufnahmebehälter 9 kann eine ringförmige Form haben oder .aus zwei gebogenen, einander gegenüberliegenden und einen Ring bildenden Teilen bestehen. Dieser Aufnahmebehälter mit dem abschreckenden Medium 14 befindet sich unterhalb und radial auswärts von dem äußeren Auslaß 15 des sinusförmigen Durchlassens, so daß er die Körper 11 aufnehmen kann.

Ein zylindrischer Mantel 1Q hält die Trommel 4 und bildet einen Schutz gegen in falscher Richtung weggeschleuderte Festkörper.

Beim Betriebe führt man das geschmolzene Metall, z. B. eine Eisenlegierung durch die Öffnung 5 der Trommel 4 auf den Vorsprung 2. Die Zuführgeschwindigkeit für das Metall kann geändert werden. Sie muß aber so gering sein, daß die Schmelze genügend lange mit dem Vorsprung 2 in Berührung bleibt, von diesem nach außen abgeschleudert und in dem sinusförmigen Durchlaß 13 zwischen der Trommel 4 und dem Amboß 1 dispergiert werden kann. Beim Rotieren des Amboßes rollen und gleiten die dispergierten Metallteilchen auf der gekrümmten Oberfläche in spiraligen Wegen, wie die Figur 2 es ,zeigt. Jedes dieser wandernden Teilchen auf seinem spiraligen Wege unterliegt radial der Zentrifugalkraft A und einer kreisförmigen oder rotierenden

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Kraft B, die senkrecht sur Kraft A verläuft. Das Zusammenwirken dieser beiden Kräfte sichert es, daß die Teilchen eine maximale Beüirung mi* der Obe fläche 3 des rotierenden Amboßes 1 haben. Die geschmoz! anen shäroidalen Teilchen werden dann tangential gegen die gekrümmte untere Oberfläche 12 der Trommel geschleudert, an der· sie enf.l.angrollen. Eine stärkere Rollenberührung zwischen den Teilchen und der Trommel kann erreicht werden, wenn die Trommel 4 in Gegenrichtung zum Amboß 1 rotiert.

Die shärischen oder shäroidalen Teilchen 11 werden dann am äußeren Auslaß 15 nach abwärts abgeschleudert und gelangen in den Aufnahmebehälter 9. Zum Abschrecken können ein Gas oder eine Flüssigkeit,.wie Wasser, Öl, eine Salzschmelze, eine Glasschmelze oder Kombinationen deser Stoffe verwendet werden. Hierbei erstarren c|i@ Teilchen schnell zu den angenommenen Formen. Ein Strom von kalter Luft zwischen dem Auslaß und dem Aufnahmebehälter kann auch zum Erstarren der Teilchen beitragen. Innerhalb des Aufnahmebehälters kann sich ein Sieb oder ein Netz befinden, um das Herausnehmen der Teilchen zu erleichtern. Man kann aucheine rotierende netzförmige Auskleidung verwenden. , durch welche die Teilchen in einen bestimmten Abschnitt des Aufnahmebehälters geführt werden. Van dopt können sie durch ein geneigtes Förderband durch eine ö|fnung im unteren Teil des zylindrischen Mantels kontinuierlich abgeführt und in einen Sammelbehälter gebracht werden.

Der konische Vorsprung 2 ist in dauernder Berührung mit dem geschmolzenen Metall und wird daher leicht abgenutzt. Er kann deshalb auswechselbar sein und z. B. aufgeschraubt oder in Aussparungen in der Mitte des Amboßes eingesetz sein,

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Die Wölbung des gekrümmten Durchlasses, die Neigung und. die Anzahl der Scheitelpunkte können geändert werden entsprechend den gewünschten erstarrten Körpern. Der äußere Auslaß des Durchlasses kann auch nach oben gerichtet sein, wobei die Teilchen der Legierung nach aufwärts geschleudert werden.

Mittels dieser Vorrichtung und des erfindungsgeraäßen Verfahrens können geschmolzene Eisenlegierungen verarbeitet werden, z. B. Ferrosilizium, Ferromangan, Ferrochrom. siliziumhaltiges Ferrochrom, siliziumhaltiges Ferromagnesium, Siliknraangan und dergleichen.

Beispiel

Es wurde eine Vorrichtung nach den Zeichnungen verwendet. Verschiedene Chargen haben je 13, 5 kg einer Ferrosiliziumschmelze mit 50% Silizium wurden durch die mittige öffnung einer Trommel aus Graphit auf den kegelförmigen Vorsprung eines rotierenden Amboßes aus Graphit gegossen. Hierbei wurde der Strom des Ferrosiliziums zu kleinen Teilchen aufgeteilt, die in einen sinusförmigen Durchlaß nach den Zeichnungen gelangten. Die Teilchen des Ferrosiliziums rollten und glitten spiralig auf dem rotierenden Amboß. Von dort wurden sie tangential gegen die untere gekrümmte Oberfläche der Trommel geschleudert, auf welcher sie weiterrollten. Bis zum Erreichen des äußeren Auslasses nahaen die Teilchen unter der Einwirkung der Oberflächenspannung und der rollenden Berührung eine shärische oder shäroidale Form an. Nach dem Passieren des sinusförmigen Durchlasses wurden die Teilchen in mehreren kreisförmigen Behältern aufgefangen, die sich unterhalb und konzentrisch auswärts von dem Auslaß befanden. Die Behälter

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waren mit Wasser gefüllt, Tn ihnen wurden die Teilchen des Ferrosiliziums sofort zu shärischen oder shäroidalen Festkörpern abgeschreckt.

94 Gewichtsprozent der erstarrten Festkörper hatten flk Durchmesser zwischen 2,5 und 6,5 μπκ.

Mit einer shäroidalen Form werden auch solche Schrote oder Pellets bezeichnet, die gewisse VorSprunge aufweisen. Solche Vorsprunge entstehen, wenn die Teilchen erstarren, bevor sie eine richtige shärische oder shäroidale Form angenommen haben. Aber auch solche Teilchen mit Vorsprungen sind technisch brauchbar, wenn ihre Durchmesser innerhalb eines gewünschten Bereiches liegen.

Ein noch größerer Anteil an gleichmäßig geformten Teilchen kann erhalten werden, wenn man die Trommel in Gegenrichtung zum Amboß rotieren läßt, oder wenn man die radiale Länge φ des sinusförmigen Durchlassens zwisehen der Trommel und dem Amboß vergrößert. Durch jede oder beide dieser Änderungen wird der spiralige Weg vergrößert, auf welchem die Teilchen rollen. Dieser verlängerte Kontakt trägt dazu bei, den Teilchen eine bessere shäroidale Form zu geben.

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Claims (6)

1. Patenta nsprüche

   1, V-erfahren zur Herstellung shärischer oder shäroidaler Festkörper aus einer Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Strom der Schmelze in einer isolierten Zone einer so starken Zentrifugalkraft unterwirft, daß die Schmelze in dlspergiertem Zustande radial in eine sinusförmige Zone gefördert wird, wo die Teilchen der Schmelze mit wenigstens einer geneigten gekrümmten Oberfläche in Berührung kommen, an ihr entlang rollen und unter der verein gten Wirkung der rollenden Berührung und bei Oberflächenspannung eine shärische oder sphäroidale Form annehmen, und daß man dann diese Teilchen in einer am Umfange angeforderten Zone, die ein abschreckendes Medium enthält, sammelt»
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer sinusförmigen Zone arbeitet, die aus zwei gegeneinander rotierenden Teilen besteht, deren zusammenpassende gekrümmte Oberfläche eine sinusförmige Durchgangszone mit wenigstens einem Scheitelpunkt bilden.
3. 3» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schmelze aus FerroSilizium, Ferromangan, Ferroehrom, siliziumhaltigem Ferrochrom, siliziumhaltigem Ferromagnesium oder Silikonmangan verarbeitet.

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4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man als abschreckendes Medium Wasser, Öl, Luft, eine Salzschmelze, geschmolzenes 'Silizium, eine Glasschmelze oder zwei oder mehrere dieser Stoffe verwendet.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bin 4, gekennzeichnet durch eine kreisförmige Trommel mit einer mittigen öffnung zur Einführung der Schmelze; durch einen angetriebenen rotierbaren kreisförmigen Amboß, der konzentrisch unter der Trommel angeordnet ist , mit einem, kegelförmigen mittigen direkt unter der Öffnung der Trommel angeordneten Vorsprung und einer sich nach außen erstreckenden gekrümmten Oberfläche, die mit einer entsprechenden Oberfläche der Trommel einen sinusförmigen Durchgang mit wenigstens einem Schei'telpuntk bildet: und durch einen am äußeren Umfang konzentrisch unter dem Auslaß aus dem sinusförmigen Durchgang angeordneten Behälter für das abschreckende Medium.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 s dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel in Gegenrichtung zum Amboß rotierbar ist.

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